Metodologia para determinação de regimes ecológicos de vazões em rios tropicais

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dc.contributor.advisorSantos, Hersília de Andrade e
dc.contributor.advisor-coCoelho, Lineker Max Goulart
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/8891697482850065
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3618369732101367
dc.contributor.authorLéo, Verônica Bernardes de Souza
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9562141519885929
dc.contributor.referee1Santos, Hersília de Andrade e
dc.contributor.referee2Coelho, Lineker Max Goulart
dc.contributor.referee3Capel, Francisco Martínez
dc.contributor.referee4Melo, Marília Carvalho de
dc.contributor.referee5Azevedo, Rogério Cabral de
dc.contributor.referee6Mattos, Tailan Moretti
dc.date.accessioned2023-06-14T11:23:35Z
dc.date.available2023-06-14T11:23:35Z
dc.date.issued2020-12-15
dc.description.abstractA má gestão dos recursos hídricos aliada ao crescimento pela demanda de água e às mudanças climáticas são fatores impactantes no regime de vazões de rios, interferindo diretamente na biodiversidade dos ecossistemas aquáticos e dificultando o desenvolvimento das atividades econômicas locais. Neste contexto, estudos sobre vazão ecológica (magnitude da vazão) têm sido desenvolvidos em todo o mundo desde os anos 1970 e nos últimos anos, esta abordagem evoluiu para a determinação de um regime ecológico (hidrograma ambiental) com todas suas componentes. Existem mais de 200 metodologias relacionadas ao tema no mundo, sendo que, no Brasil, a legislação determina aplicação dos métodos mais simples (com abordagem hidrológica) para concessão de outorga de água. Recentes estudos no Brasil aplicam métodos mais complexos de determinação de vazão ecológica e até de regime ecológico, porém estes não propõem abordagem adaptativa que considere as particularidades de baixa disponibilidade de dados ecológicos em comparação à ampla biodiversidade das áreas tropicais e de escassez de recursos financeiros de países normalmente localizados nestas áreas. Assim, este trabalho buscou responder as seguintes perguntas de pesquisa: (1) Quais os principais métodos e estudos de vazão ecológica/hidrograma ambiental aplicados em regiões tropicais com baixa disponibilidade de dados ecológicos em comparação à biodiversidade local e com escassez de recursos financeiros? (2) A partir de quando iniciaram estes estudos e quais são as principais considerações destes estudos em relação à aplicação da metodologia por órgãos gestores de recursos hídricos? (3) Quais os principais índices alterados do regime de vazões de um trecho de rio sem presença de barramentos? (4) Existe correlação dos índices de alteração hidrológica do regime de vazões do rio escolhido para o estudo com parâmetros indicativos de mudanças climáticas e de alteração antrópica? (5) Quais espécies de peixes teriam a disponibilidade de habitat físico mais impactada por ações antrópicas e/ou climáticas sobre o regime de vazões? (6) Quais as implicações na disponibilidade de habitats nos cenários relacionados a ações antrópicas e/ou climáticas sobre o regime de vazões num rio? (7) Qual o método multicritério mais adequado para determinação de um hidrograma ambiental em regiões tropicais que considere critérios ecológicos, econômicos e sociais e que apresente praticidade de aplicação por órgãos reguladores do uso d’água? Para o desenvolvimento do trabalho, realizou-se uma pesquisa bibliográfica sistemática sobre o tema e foi escolhido um trecho do rio Preto, afluente do rio Paraíba do Sul, onde foram cumpridas as seguintes etapas: (1) caracterização da área de estudo, (2) coleta de informações em campo, (3) aplicação dos métodos de abordagem do alcance da variabilidade (em inglês RVA) e de correlação linear entre variáveis climáticas e antrópicas com o regime de vazões, (4) modelagem hidrodinâmica do trecho com aplicação da simulação de habitat das principais espécies neotropicais de peixes (em inglês PHABSIM) e (5) desenvolvimento e aplicação de nova metodologia para regimes ecológicos de vazões. Como resultados, o regime de vazões na área estudada apresentou IHA com elevada alteração em quatro componentes do rio (magnitude, frequência, duração e taxa de variação) ao longo do tempo. Ao relacionar as modificações encontradas no regime de vazões com métricas antrópicas e climáticas, mostrou-se forte correlação, no período mais atual, das vazões locais com alterações no comportamento do Oceano Atlântico (alteração climática) e com alterações na quantidade de bovinos existentes na região (alteração antrópica). Estes resultados implicaram na diminuição em aproximadamente 40% da descarga superficial devido aos efeitos da pecuária e 10% devido às mudanças climáticas globais. Ao serem simuladas, a partir do método PHABSIM, estas alterações na vazão para as curvas de aptidão desenvolvidas das 6 espécies locais encontradas com maior abundância indicaram que as espécies Brycon opalinus e Astyanax intermedius requerem maior atenção em cenários de maior comprometimento da quantidade de água em função de atividades antrópicas e mudanças climáticas. As vazões mínimas estabelecidas por legislação brasileira geram área de habitat físico disponível bastante diferente entre si, principalmente quando considerados diferentes cenários de impacto antrópico e climático. De posse dessas variáveis relacionadas ao regime ambiental de vazões, foi então desenvolvida a metodologia ARVE e ao aplicar a mesma chegou-se a resultados consistentes que indicam que o modelo multicritério proposto responde corretamente aos critérios ambientais, econômicos e sociais propostos, podendo ser utilizado por gestores da água para simular cenários já existentes ou até mesmo futuros. De forma geral, conclui-se que o regime de vazões em rios tropicais é altamente alterado pela atividade humana e intensificado pelas mudanças climáticas, podendo essas alterações ser simuladas para verificar e gerir melhor o regime hídrico. Sugere-se para pesquisas futuras considerar outras variáveis antrópicas (econômicas e sociais) e climáticas que impactam na dinâmica dos rios. A proposição do novo método para determinação do regime ecológico auxilia políticas públicas voltadas à gestão hídrica em áreas tropicais com baixa disponibilidade financeira e escassez dados ecológicos.
dc.description.abstractotherThe poor management of water resources combined with growth in water demand and climate change are impacting factors in the flow regime of rivers, directly interfering with the biodiversity of aquatic ecosystems and hindering the development of local economic activities. In this context, studies on ecological flow (flow magnitude) have been developed around the world since the 1970s and in recent years this approach has evolved to the determination of an ecological regime (environmental hydrograph) with all its components. There are more than 200 methodologies related to the subject in the world, and in Brazil the legislation determines the application of the simplest methods (hydrologic approach) for granting water. Recent studies in Brazil apply more complex methods of determining ecological flow and even ecological regime, but do not propose an adaptive approach that takes into account the particularities of low availability of ecological data in comparison to the ample biodiversity of tropical areas and scarcity of financial resources of countries normally located in these areas. Thus, this work sought to answer the following research questions: (1) What are the main methods and studies of regime of ecological flow applied in tropical regions with low availability of ecological data compared to local biodiversity and scarce financial resources? (2) When did these studies start and what are the main considerations of these studies in relation to the application of the methodology by water resource management bodies? (3) What are the main altered rates of the flow regime of a stretch of river without the presence of dams? (4) Is there a correlation of the hydrologic alteration indices of the river flow regime chosen for the study with parameters indicative of climate change and anthropic alteration? (5) Which species of fish would have the availability of physical habitat most impacted by anthropic or climatic actions on the flow regime? (6) What are the implications on the availability of habitats in the scenarios related to anthropic and/or climatic actions on the flow regime of a river? (7) What is the most appropriate multi-criteria method for determining an environmental hydrograph in tropical regions that considers ecological, economic and social criteria and has practicality of application by water use regulatory agencies? For the development of the work, a systematic bibliographic research on the subject was carried out and a stretch of the Preto River, a tributary of the Paraíba do Sul River, was chosen, where the following stages were accomplished: (1) characterization of the study area, (2) collection of information in the field, (3) application of methods to approach the range of variability (RVA) and linear correlation between climatic and anthropic variables with the flow regime, (4) hydrodynamic modeling of the stretch with application of habitat simulation of the main Neotropical fish species (PHABSIM) and (5) development and application of new methodology for ecological flow regime. As results, the flow regime in the studied area presented IHA with high change in four river components (magnitude, frequency, duration and rate of variation) over time. By relating the changes found in the flow regime with anthropic and climatic metrics, it was shown a strong correlation, in the most current period, of local flows with changes in the behavior of the Atlantic Ocean (climatic change) and with changes in the number of cattle in the region (anthropic change). These results implied a decrease of approximately 40% in surface discharge due to the effects of livestock and 10% due to global climate change. When simulated, using the PHABSIM method, these changes in the flow for the developed aptitude curves of the 6 local species found with greater abundance, indicated that the species of Brycon opalinus and Astyanax intermedius require greater attention in scenarios of greater impairment of the amount of water due to anthropic activities and climate change. The minimum flows established by Brazilian legislation generate an area of available physical habitat quite different among themselves, especially when considering different scenarios of anthropic and climatic impact. With all these variables found that are related to the environmental flow regime, the ARVE methodology was then developed and in applying it, consistent results were achieved that indicate that the proposed multi-criteria model correctly responds to the proposed environmental, economic and social criteria and that it can be used by water managers in order to simulate existing or even future scenarios. In general, it is concluded that the flow regime in tropical headwaters rivers is highly altered by human activity and is still intensified by climate change, and that these changes can be simulated to verify and better manage the flow regime of watercourses. It is suggested for future research to consider other anthropic (economic and social) and climatic variables that impact the dynamics of rivers. In general, the proposal of a new method for determining the ecological regime, which considers environmental, economic and social variables, helps policies for managing the water resources of tropical areas located in places with low availability of ecological data and low financial incentive.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/264
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectEcologia dos rios
dc.subjectEscoamento - Aspectos ambientais
dc.subjectImpacto ambiental - Avaliação
dc.subjectEcologia de água doce - Métodos
dc.subjectMudanças climáticas - Avaliação de riscos
dc.titleMetodologia para determinação de regimes ecológicos de vazões em rios tropicais
dc.typeTese
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